(57)【要約】【課題】利用者が容易に持ち運び可能であって、場所が限定されることなく、利用者に一定の呼吸リズムに従った呼吸を行わせることにより、利用者の心身を十分にリラックスな状態に誘導する携帯式呼吸誘導装置を提供する。【解決手段】利用者の指から検出信号を検出する検出部１１と、検出部１１が検出した前記検出信号から心拍変動曲線を算出する心拍算出部１２と、ガイド用呼吸リズムを記憶する記憶部１３と、心拍算出部１２により算出した心拍変動曲線と記憶部１３に記憶した前記ガイド用呼吸リズムとを表示する表示部１４とを備える装置本体２０を有し、装置本体２０は回動自在に軸支された上側本体２１と下側本体２２とから構成され、上側本体２１と下側本体２２との間に前記利用者の指を配置可能である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
利用者の指から検出信号を検出する検出部と、
前記検出部が検出した前記検出信号から心拍変動曲線を算出する心拍算出部と、
ガイド用呼吸リズムを記憶する記憶部と、
前記心拍算出部により算出した心拍変動曲線と前記記憶部に記憶した前記ガイド用呼吸リズムとを表示する表示部と、
を備える装置本体を有し、
前記装置本体は回動自在に軸支された上側本体と下側本体とから構成され、前記上側本体と前記下側本体との間に前記利用者の指を配置可能であることを特徴とする携帯式呼吸誘導装置。
【請求項２】
前記心拍算出部が算出した前記心拍変動曲線に基づき、前記利用者のリラックス状態をそれぞれ低度のリラックス状態、中度のリラックス状態、及び高度のリラックス状態の割合から評価する評価部を有することを特徴とする請求項１に記載の携帯式呼吸誘導装置。
【請求項３】
前記表示部が、前記評価部により評価された前記利用者のリラックス状態を表示することを特徴とする請求項２に記載の携帯式呼吸誘導装置。
【請求項４】
前記利用者の心拍変動から、前記利用者の呼吸率を算出し、前記ガイド用呼吸リズムを前記利用者の呼吸率に対応する呼吸リズムに調整する呼吸率調整部を有することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の携帯式呼吸誘導装置。
【請求項５】
前記表示部は、所定の図形を変化させることにより前記ガイド用呼吸リズムを表示することを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の携帯式呼吸誘導装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、利用者にガイド用呼吸リズムに従って呼吸を行わせることにより、利用者の心身を十分にリラックスな状態に誘導する携帯式呼吸誘導装置である。
【背景技術】
【０００２】
安静時の心臓は、ペースメーカーのように規則正しく一定のリズムを刻むものではなく、例え安静状態下であっても心拍数は非常に不規則であり、連続する心拍間の数値は変化している。このように自然と変化する心拍数を心拍変動（Heart Rate Variability、ＨＲＶ）という。
【０００３】
正常な心拍数の変動は、自律神経系の二つの神経である交感神経と副交感神経とによる相互作用によって、コントロールされている。具体的には、交感神経は心拍数を上げる一方、副交感神経は心拍数を下げる。また、交感神経と副交感神経の共通の効果は心臓の血管の働きを維持するために体内部と体外部に適切な反応を促すことである。
【０００４】
心拍変動、即ちＨＲＶに対する分析は、自律神経系の機能とバランスの研究に関する手かがりとなる。ＨＲＶは生理的柔軟性と反応性、及び健康の重要な指標であり、人体におけるストレスと環境に適応する能力を効果的に反映するものである。具体的には、怒りや失望、不安等による感情のストレスは、心拍数の変動を不規則、且つ不安定にさせるため、ＨＲＶ曲線は乱れ、波形の山がバラバラになる。これを生理学の観点から見ると、自律神経の二つの神経（交感神経と副交感神経）が発する信号が同期していないことを証明している。一方、嬉しい、楽しい等と言った正常な感情は心拍パターンを安定させ、滑らかな正弦波とする。
【０００５】
ＨＲＶに関する研究の結果、ＨＲＶ曲線が滑らかな正弦波なら人体の生理系統はますます有効になると共に、感情が安定し、且つ思考が鮮明になり、認識機能が向上する。換言すると、身体と大脳の活動がさらに良くなり、仕事効率も上昇する。このような状態を生理上、リラックス状態という。
【０００６】
また、呼吸パターンが心拍パターンに影響することも知られており、呼吸リズムをゆっくりとすると、心拍もゆっくりとなる。即ち、一定のゆっくりとした呼吸リズムによって、身体を脱力状態にし、感情をリラックスさせることができる。しかし、上述した呼吸リズムは神経を使うため、通常、このような呼吸リズムを維持することは容易ではない。そこで、特許文献１には、利用者の視野の全体に映像を展開可能な画面に、呼吸リズムを誘導する図形等を表示させ、利用者をリラックス状態に誘導する装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−１０４４５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、ストレスを緩和する訓練を行う設備の多くは、パソコン上にソフトウェアをインストールして、人体に信号を検出するための接続コード、又はセンサをつながなければらず、設備は大きくなり、操作も複雑であるため、適用可能な範囲と場所が制限される。例えば、特許文献１に開示された呼吸誘導装置も、利用者が着座する椅子と、映像が表示可能な映像提示装置と、音環境を提供する音響提示装置とを有する専用の個室が必要となるため、場所が限定されると共に、製造コストも膨大となるため、家庭内及び個人で使用することは困難である。
【０００９】
本発明は上記課題に鑑み提案するものであって、家庭内及び個人であっても、容易に使用することが可能であり、また場所に制限されることなく使用でき、利用者が容易に心身をリラックスした状態に誘導することが可能な携帯式呼吸誘導装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の携帯式呼吸誘導装置は、利用者の指から検出信号を検出する検出部と、前記検出部が検出した前記検出信号から心拍変動曲線を算出する心拍算出部と、ガイド用呼吸リズムを記憶する記憶部と、前記心拍算出部により算出した心拍変動曲線と前記記憶部に記憶した前記ガイド用呼吸リズムとを表示する表示部とを備える装置本体を有し、前記装置本体は回動自在に軸支された上側本体と下側本体とから構成され、前記上側本体と前記下側本体との間に前記利用者の指を配置可能であることを特徴とする。
この構成により、利用者を容易にリラックス状態へと誘導することが可能である。また、利用者が容易に携帯することができる構成であるため、場所を問わず、利用者は本発明を使用することができる。ここで、利用者とは、本発明の携帯式呼吸誘導装置を利用する者をいう。
【００１１】
本発明の携帯式呼吸誘導装置は、前記心拍算出部が算出した前記心拍変動曲線に基づき、前記利用者のリラックス状態をそれぞれ低度のリラックス状態、中度のリラックス状態、及び高度のリラックス状態の割合から評価する評価部を有することを特徴とする。
この構成により、利用者のリラックス状態を詳細、且つ正確に評価できる。
【００１２】
本発明の携帯式呼吸誘導装置は、前記表示部が、前記評価部により評価された前記利用者のリラックス状態を表示することを特徴とする。
この構成により、利用者が利用者自身のリラックス状態を容易に確認することが可能である。
【００１３】
本発明の携帯式呼吸誘導装置は、前記利用者の心拍変動から、前記利用者の呼吸率を算出し、前記ガイド用呼吸リズムを前記利用者の呼吸率に対応する呼吸リズムに調整する呼吸率調整部を有することを特徴とする。
この構成により、利用者に応じた呼吸リズムを設定でき、利用者をより容易にリラックス状態に誘導することが可能となる。
【００１４】
本発明の携帯式呼吸誘導装置は、所定の図形を変化させることにより前記ガイド用呼吸リズムを表示することを特徴とする。
この構成により、所定の図形に変化に合わせて、利用者が呼吸を行うことにより、利用者の呼吸を容易に一定の呼吸リズムに誘導し易くなる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明では、呼吸誘導技術と生体フィードバック技術を使って、利用者の心拍を測定し、心拍情報を分析することにより、生理的変化（心拍変動や、脈拍の波形）とリラックス態の変化を監視測定しつつ、利用者が自身の呼吸をガイド用呼吸リズムに合わせることにより、利用者の精神集中を助け、感情をコントロールし、自律神経系を穏やかにし、心身の健康水準を高めて、利用者をリラックス状態へと誘導することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本実施形態の携帯式呼吸誘導装置の全体説明図。
【図２】本実施形態の携帯式呼吸誘導装置のブロック図。
【図３】本実施形態の携帯式呼吸誘導装置の使用状態の一例を示す説明図。
【図４】容積脈波形を示す図。
【図５】（ａ）〜（ｆ）本実施形態の携帯式呼吸誘導装置の表示部に表示される呼吸誘導画面の一例を示す図。
【図６】本実施形態の携帯式呼吸誘導装置の表示部に表示される評価画面の一例を示す図。
【図７】本実施形態の携帯式呼吸誘導装置の処理手順の前半部分を示すフローチャート。
【図８】本実施形態の携帯式呼吸誘導装置の処理手順の後半部分を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の実施形態の携帯式呼吸誘導装置について図面を参照して説明する。図１は本実施形態の携帯式呼吸誘導装置の全体説明図、図２は本実施形態の携帯式呼吸誘導装置のブロック図、図３は本実施形態の携帯式呼吸誘導装置の使用状態の一例を示す説明図である。
【００１８】
〈本実施形態の携帯式呼吸誘導装置の構成〉
本実施形態の携帯式呼吸誘導装置１０は、利用者の指から検出信号を検出する検出部１１と、検出部１１が検出した検出信号から心拍変動曲線を算出する心拍算出部１２と、ガイド用呼吸リズムを記憶する記憶部１３と、心拍算出部１２により算出した心拍変動曲線と記憶部１３に記憶したガイド用呼吸リズムとを表示する表示部１４とを備える装置本体２０を有する。また、装置本体２０は回動自在に軸支された上側本体２１と下側本体２２とから構成される。さらに、図３に示す様に携帯式呼吸誘導装置１０は、上側本体２１と下側本体２２との間に利用者の指Ｆを配置して使用されるものである。ここで、利用者とは、携帯式呼吸誘導装置１０を自身の指Ｆに装着し、携帯式呼吸誘導装置１０の表示部１４に表示されるガイド用呼吸リズムに合わせて呼吸を行う者である。
【００１９】
検出部１１は、非侵襲性のセンサ、例えば、光センサである赤外線センサから構成される。具体的には、検出部１１は図示しない発光部と受光部とを有し、発光部は赤色光と赤外光を発し、これらの光が利用者の指先等を透過したもの（または反射したもの）を受光部で測定するものである。即ち、利用者の指を介して利用者の心拍数を検出するパルスオキシメータと同様に、検出部１１は利用者の指から人体の検出信号である脈拍信号を検出する。
【００２０】
また、検出部１１は脈拍信号を１００Hzでサンプリングして心臓の拍動間隔を求め、、その心臓の拍動間隔を更に４Hzでサンプリングして心拍変動（ＨＲＶ）を識別する。正常な人間の１分間当たりの平均心拍数は７２（これは、拍動間隔が０．８３３秒、換言すれば８３３ミリ秒に相当する）である。また、心拍数は、呼吸に対応し、変化する。具体的には、心拍数は、吸入時には増加し、吐き出す時に減少する。この心拍数の変化の平均値は、大人の場合、５０〜６０ミリ秒の間であって、高齢者の場合は約２０〜２５ミリ秒の間である。さらに、いくつかの研究によって、大人の心拍数は、１０％程度のバラツキがあることが知られているからである。４Hzで心拍数のサンプリングをすることにより、利用者が空気を吸入し吐き出す場合を識別できる。
【００２１】
本実施形態では、検出部１１は、利用者の指Ｆに携帯式呼吸誘導装置１０を装着することにより、利用者の心拍を感知し、利用者の脈拍信号の検出を開始する。
【００２２】
心拍算出部１２は、後述する制御部１５に設けられ、検出部１１により検出された脈拍信号を収集し、後述する処理を行うことにより、容積脈波形を算出する。ここで、毎回の心拍拍動（脈拍拍動）は、図４に示すようなパルスＰ１〜Ｐ５に示される１つのパルスを形成する。
【００２３】
心拍算出部１２は、心臓の拍動を検出後、連続する二拍の心臓の拍動の時間間隔を算出し、即ちこのＲＲ間隔（単位：ｍｓ、連続する心臓の拍動のＲＲ間隔の構成の序列）を４Hzでサンプリングして、ＨＲＶ曲線を算出する。本実施形態の心拍算出部１２は、３０秒間隔のＲＲ間隔を平均し、ＲＲ平均値を算出した後、ＨＲＶをサンプリング後のＨＲＶデータからＲＲ平均値を減算することにより、一元化したＨＲＶ曲線を算出する。
【００２４】
記憶部１３は、不揮発性メモリ（内部メモリ）からなり、例えば、フラッシュメモリなどによって構成される。記憶部１３はプログラム領域とデータ領域とを有し、前記プログラム領域には、後述する図７、８に示す処理手順に応じて本実施形態を実現するためのプログラムが格納されている。
【００２５】
前記データ領域には、ガイド用呼吸リズムが格納されている。ここで、ガイド用呼吸リズムは、一定の間隔で吸気、又は吐気が行われる呼吸リズムである。また、複数のガイド用呼吸リズムを予め記憶部１３に記憶させておくとよい。例えば、「通常」、「ゆっくり」、及び「早い」の三種類のガイド用呼吸リズムを記憶させておくことにより、利用者に応じて呼吸リズムを選択可能となる。
【００２６】
表示部１４は、液晶ディスプレイ等から構成され、図５、６に示す画面を表示する。表示部１４には、一定の呼吸リズムで、利用者に呼吸を行わせるためのガイドとして、ガイド用呼吸リズムに合わせ、矢印の向きが変化する誘導矢印３１と、形状、模様、色彩等が変化する誘導図形３２とが表示される。表示部１４は、利用者が高度のリラックス状態を維持できる呼吸パターンに利用者を誘導するためのアニメーションを表示する。
【００２７】
具体的には、表示部１４は、１分あたり５〜１０回の範囲内の呼吸パターン、特に１分あたり６回の呼吸パターンにより高度のリラックス状態を維持することから、５秒間の吸気、及び５秒間の呼気による１分間当たり６回の呼吸パターンのアニメーションを表示する。表示部１４に表示されるアニメーションに従って、利用者が呼吸を行うことにより、高度のリラックス状態に誘導される。
【００２８】
本実施形態では、利用者により設定された呼吸パターンに合わせて、アニメーションが表示される。例えば、図５（ａ）〜（ｆ）に示す様に、誘導矢印３１の矢印の向きは、吸気開始のタイミングで下向きとなり、吸気終了後、呼気開始のタイミングで上向きとなる。また、誘導図形３２は、肺を簡略化して表した図形であって、吸気開始に合わせて、誘導図形３２の下部から、もとの色（例えば、緑色）から徐々に色（例えば、青色）が変化するように表示され、吸気終了時に誘導図形３２は完全に色（青色）が変化するように表示される。一方、吸気終了後、呼気開始に合わせて、誘導図形の上部から徐々にもとの色（緑色）に変化し表示され、呼気終了時に誘導図形３２は完全にもとの色（緑色）に変化する表示となる。なお、誘導図形３２の形状や模様等が、吸気や呼気のタイミングに合わせて、変化するようにしてもよい。
【００２９】
また、表示部１４は、心拍数３３、訓練期間の残り時間を示すタイマー３４や、利用者の心拍の検出された脈動の強度を示すバーグラフ３５を表示してもよい。
【００３０】
タイマー３４は、後述するリラックス状態スコア４０の結果を算出するのに必要な所定の時間からカウントダウンする構成とするとよい。また、タイマー３４は、所定時間の延長を可能とする。本実施形態では、リラックス状態スコア４０の結果を算出するのに少なくとも１分間程度必要であるため、タイマー３４に設定可能な時間は、最短時間で１分間から最大時間で２０分間とする。
【００３１】
また、表示部１４は、ＨＲＶ曲線の波形３７を表示するとよい。ＨＲＶ曲線は、生理的なコンプライアンスと感情的な柔軟性の重要な指標となる。ＨＲＶ曲線が正弦波のような波形であれば、ＨＲＶは安定したものとみなされ、利用者はリラックス状態であるとされる。一方、利用者がストレスを感じていると、ＨＲＶ曲線は不規則な波形となる。
【００３２】
さらに、表示部１４は、利用者が指Ｆから携帯式呼吸誘導装置１０を取り外した後、後述する評価部１６によって算出されるリラックス状態スコア４０を表示する。また表示部１４は、検出部１１が利用者の指Ｆから脈拍信号の検出を開始し、所定時間の経過後、利用者のリラックス状態を、それぞれ高度、中度、低度のリラックス状態の割合を示す円グラフ４１によって表示する。
【００３３】
なお、表示部１４には、様々なメッセージを表示させることができる。例えば、表示部１４は、利用者に対し、ガイド用呼吸リズムに合わせて呼吸を行うことを求めるメッセージを表示する。
【００３４】
制御部１５は、ＣＰＵ等からなり、記憶部１３内の各種プログラムに応じて携帯式呼吸誘導装置１０の全体動作を制御する中央演算処理装置である。制御部１５は、心拍検出部１２の他に、心拍算出部１２が算出したＨＲＶ曲線に基づき、利用者のリラックス状態を評価する評価部１６を有する。
【００３５】
評価部１６は、利用者がリラックス状態であるか否かを評価する。評価部１６は、所定時間毎にリラックス状態の評価を行う、即ち所定時間経過後、時間単位で計算したリラックス状態の評価を行う。
【００３６】
本実施形態において、評価部１６は、ＨＲＶ曲線からパワースペクトルの分布（ＰＳＤ：Power Spectrum Distribution）曲線を得るために、一元化したＨＲＶデータに対して既知である高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を行い、再度幅を二乗して、序列の長さで割り、ＰＳＤ曲線を算出する。ここで、選択したＨＲＶ序列の長さは６４秒である。
【００３７】
評価部１６は、ＨＲＶ曲線から算出したＰＳＤ曲線を分析して、後述する評価条件１〜３の全てを同時に満足させる場合、ＨＲＶ曲線が比較的に安定していると評価する。具体的には、評価条件１は、ＰＳＤ曲線のピーク値（Peak）の周波数が０．０４〜０．４Hz（呼吸率３〜２４rpmに相当）の間であることである。ＰＳＤ曲線のピーク値（Peak）が０．０４〜０．４Hzの間でない場合、評価部１６は評価条件１を満たさないと判断し、利用者が低度のリラックス状態、即ちリラックスしていない状態であると評価する。一方、ＰＳＤ曲線のピーク値（Peak）が０．０４〜０．４Hzの間である場合、評価部１６は評価条件１を満たすと判断する。
【００３８】
評価部１６は、評価条件１を満たすと判断した場合、次に評価条件２を満たすか否かを判断する。ここで、評価条件２は、０HzにおけるＰＳＤ曲線のＰＳＤ値が一定の値より小さい（ＨＲＶ曲線にドリフトがない）ことである。ここで、一定の値とは、本実施形態では、ＰＳＤ曲線のピーク値（Peak）を４で割った値である。０HzにおけるＰＳＤ曲線のＰＳＤ値が一定の値より大きい場合、評価部１６は、評価条件２を満たさないと判断し、利用者が低度のリラックス状態であると評価する。一方、０HzにおけるＰＳＤ曲線のＰＳＤ値が一定の値より小さい場合、評価部１６は評価条件２を満たすと判断する。
【００３９】
評価部１６は、評価条件２を満たすと判断した場合、次に評価条件３を満たすか否かを判断する。ここで、評価条件３は、後述する算出した比（r=Peak/(PSDsum-Peak)が所定の閾値より大きいことである。具体的には、評価部１６が、０．０４〜０．４Hz間のＰＳＤ曲線の値の加算値（PSDsum）を算出し、ＰＳＤ曲線のピーク値（Peak）と０．０４〜０．４Hz間のピーク値以外全てのＰＳＤ（PSDsum-Peak）との比（r=Peak/(PSDsum-Peak)をいう。
【００４０】
本実施形態では、所定の閾値は２つの閾値を設定し、それぞれ２つの閾値（Tm、Th）を、Tm＝１．０と、Th＝２．０とする。上述の通り、算出した比（r=Peak/(PSDsum-Peak)）が１．０より小さい場合、評価部１６は利用者が低度のリラックス状態であると評価する。一方、算出した比（r=Peak/(PSDsum-Peak)）が２．０より大きい場合、評価部１６は利用者が高度のリラックス状態、即ち心身が十分リラックスしている状態であると評価する。さらに、算出した比（r=Peak/(PSDsum-Peak)）が１．０より大きく、２．０より小さい場合、評価部１６は利用者が中度のリラックス状態、即ち心身が多少リラックスしている状態であると評価する。
【００４１】
さらに、評価部１６は、利用者のリラックス状態を確定する。即ち、評価部１６は、低度、中度、高度のリラックス状態の評価決定に対応する高、中、低に関連する状況の統計的評価を行い、評価部１６は、図６に示すリラックス状態スコア（Effort Index）４０を算出する。リラックス状態スコア４０の計算は、高度のリラックス状態の測定値（PerH）を４倍、中度のリラックス状態の測定値（PerM）を３倍、低度のリラックス状態の測定値（PerL）を０倍した加算値を４で除算することにより求めた計算値を、１００倍したものである。この計算式は、Effot Index=100×(PerH×4+PerM×3+PerL×0)/4である。ここで、PerH+PerM+PerL＝１となる。本実施形態では、高度のリラックス状態の占める割合が７０％を超えた場合、リラックス状態スコア４０が１００となる。なお、リラックス状態スコア４０は、高度なリラックス状態を達成するためのモチベーションとして、表示部１４に表示される。
【００４２】
また、評価部１６は、それぞれ高、中、低度のリラックス状態の割合４１１、４１２、４１３を示す円グラフ４１を作成する。円グラフ４１は、表示部１４に表示され、利用者に対し、利用者自身のリラックス状態の情報を提供する。中度のリラックス状態の割合４１２と、低度のリラックス状態の割合４１３とを比較して、高度のリラックス状態の割合４１１が大きいと、リラックス状態スコア４０は高くなる。
【００４３】
また、制御部１５に、呼吸率調整部１７を設けてもよい。利用者が、予め設定されたガイド用呼吸リズムに合わせて呼吸を開始し、ある程度時間（２５秒程度）が経過し、利用者のＨＲＶが安定した後、呼吸率調整部１７は利用者の実際の呼吸速度に対応したガイド用呼吸リズムを調整する。
【００４４】
例えば、利用者の実際の呼吸率が１０ｒｐｍを超えている場合、呼吸率調整部１７は、利用者の実際の呼吸率の設定を所定値（例えば、２）分減少した呼吸速度に等しくなるようにガイド用呼吸リズムを調整し、利用者の呼吸率が５〜１０ｒｐｍの範囲内となるように誘導する。また、所定時間経過する度に、呼吸率調整部１７は利用者の実際の呼吸率を測定し、利用者の呼吸率が５〜１０ｒｐｍの範囲内となるように呼吸率を調整する。一方、利用者の実際の呼吸率が１０ｒｐｍを超えていない場合、呼吸率調整部１７は、ガイド用呼吸リズムを利用者の実際の呼吸率と等しくなるように調整する。
【００４５】
本実施形態では、呼吸率調整部１７は、利用者が中度のリラックス状態、又は高度のリラックス状態である場合、利用者の呼吸率を算出する。利用者の呼吸率は、評価部１６により算出されたＰＳＤ曲線のピーク値の周波数（Fpeak）の６０倍とする（呼吸率（Resp Rate）=６０×Fpeak）。
【００４６】
選択部１８は、利用者が操作することにより、携帯式呼吸誘導装置１０のメニュー機能から任意の機能メニューを選択可能とする。例えば、利用者の呼吸率が、ガイド用呼吸リズムである１分あたり６回のペースに合わない場合、利用者が選択部１８を操作し、別のガイド用呼吸リズムに変更できるようにするとよい。即ち、利用者が、表示部１４に表示されるガイド用呼吸リズムを遅すぎる、又は速すぎると感じた場合は、選択部１８を操作し、利用者がより快適に呼吸できるガイド用呼吸リズムを選択する構成としてもよい。一方、利用者が選択部１８を操作しても、利用者が任意にガイド用呼吸リズムを選択できない構成としてもよい。
【００４７】
利用者の操作により、選択部１８が携帯式呼吸誘導装置１０の電源オン／オフをする構成としてもよい。また、選択部１８を操作することによって、図４に示す呼吸誘導画面と図５に示すリラックス状態の評価画面との表示を切替可能としてもよい。
【００４８】
電源１９は、携帯式呼吸誘導装置１０の駆動源として、装置本体３０内に、例えばアルカリ乾電池等をセットすることができ、脈拍検出部１１、表示部１４、及び制御部１５等と電気的に接続されている。
【００４９】
装置本体２０は、パルスオキシメータ、即ち利用者の血液の脈拍数及び酸素含有量を測定するために利用者の指先に装着される器具のような形状に形成され、表示部１４が設けられた上側本体２１と、下側本体２２とから構成される。開口部２３が上側本体２１と下側本体２２と間に設けられ、図３に示すように利用者の指Ｆが開口部２３内に配置できる。上側本体２１と下側本体２２は、図示しない回転軸を中心に回動自在である。
【００５０】
本実施形態では、図３に示す通り、携帯式呼吸誘導装置１０を利用者の指Ｆに装着する際、利用者が携帯式呼吸誘導装置１０の一端部２４を挟むと、回動自在に設けられた上側本体２１と下側本体２２とはそれぞれ離間する方向へと回動し、開口部２３が拡開する。そして、利用者の指Ｆを下側本体２２の開口部２３内に配置し、一端部２３から手Ｈを放すと、利用者の指Ｆは挟持され、携帯式呼吸誘導装置１０は利用者の指Ｆに装着される。
【００５１】
〈本実施形態の携帯式呼吸誘導装置の処理手順〉
次に、携帯式呼吸誘導装置１０による利用者のリラックス状態を評価する処理手順を、図７、８に示す本実施形態の携帯式呼吸誘導装置の処理手順を示すフローチャートにより説明する。なお、図３に示すように、利用者とは、携帯式呼吸誘導装置１０を指Ｆに装着し、携帯式呼吸誘導装置１０の表示部１４に表示される図形等の変化に合わせて呼吸を行う者をいう。
【００５２】
先ず、利用者は、携帯式呼吸誘導装置１０を利用者の指Ｆに装着する。本実施形態では、図３に示すように、利用者の手Ｈが携帯式呼吸誘導装置１０の一端部２４を挟み、回動自在に設けられた上側本体２１と下側本体２２とがそれぞれ離間する方向へと回動し、開口部２３が拡開する。そして、利用者は、利用者の指Ｆを下側本体２２の開口部２３内に配置し、一端部２３から手Ｈを放すと、利用者の指Ｆは挟持されて、携帯式呼吸誘導装置１０が利用者の指Ｆに装着される。
【００５３】
また、表示部１４には、設定されたガイド用呼吸リズムに合わせて、矢印の向きが変化する誘導矢印３１、及び形状、模様若しくは色彩等が変化する誘導図形３２が表示される。表示部１４に表示される誘導矢印３１、及び誘導図形３２の変化に合わせて、利用者が呼吸を行うことにより、利用者は一定の呼吸リズムによる呼吸へと誘導されることになる。図５（ａ）〜（ｆ）に示すように、本実施形態では、誘導矢印３１の矢印の向きが吸気開始のタイミングで下向きとなり、吸気終了後、呼気開始のタイミングで上向きとなる。また、誘導図形３２は、肺を簡略化して表した図形であって、吸気開始に合わせて、誘導図形３２の下部から、もとの色（例えば、緑色）から徐々に色（例えば、青色）が変化するように表示され、吸気終了時に誘導図形３２は完全に色（青色）が変化するように表示される。一方、吸気終了後、呼気開始に合わせて、誘導図形の上部から徐々にもとの色（緑色）に変化し表示され、呼気終了時に誘導図形３２は完全にもとの色（緑色）に変化する表示となる。
【００５４】
図７に示すステップＳ１０１において、検出部１１は、利用者の指Ｆに携帯式呼吸誘導装置１０が装着されると、利用者の指Ｆから検出信号である脈拍信号の検出を開始する。本実施形態では、検出部１１は、脈拍信号を１００Hzでサンプリングして心臓の拍動間隔を求め、その心臓の拍動の時間間隔を更に４HzでサンプリングしてＨＲＶを識別する。従って、４Hzで心拍数のサンプリングをすることにより、利用者が空気を吸入し吐き出す場合を識別できる。
【００５５】
ステップＳ１０２において、心拍算出部１２は、ステップＳ１０１で検出された脈拍信号より、連続する二拍の心臓の拍動の時間間隔、即ちＲＲ間隔を算出する。ステップＳ１０３において、心拍算出部１２は、ＲＲ間隔を４Hzでサンプリングを重ねた後に一元化処理（平均値を引く）をする。ステップＳ１０４において、心拍算出部１２は、ＨＲＶデータを取得する。本実施形態では、心拍算出部１２は、３０秒間隔のＲＲ間隔を平均し、ＲＲ平均値を算出した後、ＨＲＶをサンプリング後のＨＲＶデータからＲＲ平均値を減算することにより、一元化したＨＲＶ曲線を算出する。この処理により、ＨＲＶの直流量を除去し、基線のドリフトの判断の正確性が向上する。
【００５６】
ステップＳ１０５において、評価部１６は、所定の単位時間（本実施形態では、５秒間）が経過したか否か判定し、所定の単位時間経過している場合、ステップＳ１０６に進み、所定の単位時間経過していない場合は、ステップＳ１０１〜Ｓ１０４を繰り返す。
【００５７】
ステップＳ１０６において、評価部１６は、ステップＳ１０４で一元化したＨＲＶデータに対して、ＦＦＴ変換を行う。ステップＳ１０７において、評価部１６は、序列各点の幅を二乗し、序列の長さで割る。ステップＳ１０８において、評価部１６は、ＰＳＤ曲線を算出する。
【００５８】
ステップＳ１０９において、評価部１６は、ステップＳ１０８で算出したＰＳＤ曲線を分析して、ＰＳＤ曲線のピーク値（Peak）を探す。
【００５９】
図８に示すステップＳ１１０において、評価部１６は、ステップＳ１０９で探したPeakの対応する周波数（Fpeak）が、０．０４Hz〜０．４Hzの範囲内である場合、ステップＳ１１１に進み、一方、０．０４Hz〜０．４Hzの範囲外である場合、ステップＳ１２２に進む。なお、ステップＳ１１０の処理を、評価条件１とする。
【００６０】
ステップＳ１１１において、評価部１６は、ＰＳＤの幅を算出する。また評価部１６は、０Hz＜Peak／４である場合、ステップＳ１１２に進み、それ以外では、ステップＳ１２２に進む。なお、ステップＳ１１１の処理を、評価条件２とする。
【００６１】
ステップＳ１１２において、評価部１６は、（Fpeak−０．０２Hz）〜（Fpeak＋０．０２Hz）周波数範囲内のPeakを計算する。ステップＳ１１３において、評価部１６は、０．０４Hz〜０．４Hzの周波数範囲内のPSD（PSDsum）を計算する。ステップＳ１１４において、評価部１６は、r = Peak／（PSDsum − Peak）を計算する。
【００６２】
ステップＳ１１５において、評価部１６は、設定閾値として、Tm=１．０、Th=２．０を設定する。ステップＳ１１６において、評価部１６は、ｒ＞Tmであるか否か判定する。評価部１６がｒ＞Tmであると判定した場合、ステップＳ１１７に進む。なお、呼吸率の調整処理を行うステップＳ１１８に進む構成としてもよい。一方、評価部１６がｒ≦Tmであると判定した場合、ステップＳ１２２に進む。ステップＳ１１７において、評価部１６は、ｒ＞Thであるか否か判定する。評価部１６がｒ＞Thであると判定した場合、ステップＳ１２０に進む。一方、評価部１６がｒ≦Thであると判定した場合、ステップＳ１２１に進む。なお、上述したステップＳ１１２〜Ｓ１１７の処理を、評価条件３とする。
【００６３】
ステップＳ１１８において、評価部１６は、上記した処理結果より、評価条件１〜３を満たすと評価し、利用者が高度のリラックス状態であると評価する。
【００６４】
ステップＳ１１９において、評価部１６は、上記した処理結果より、評価条件１、２は満たすが、評価条件３の全てを満たさないとして、利用者が中度のリラックス状態であると評価する。
【００６５】
ステップＳ１２０において、呼吸率調整部１７は、ステップＳ１１６の処理結果に基づいて、呼吸率を算出する。本実施形態では、呼吸率調整部１７が、利用者の呼吸率を、呼吸率（Resp Rate）=６０×Fpeakにより算出する。換言すれば、利用者の呼吸率は、評価部１６により算出されたＰＳＤ曲線のピーク値の周波数（Fpeak）の６０倍とする。
【００６６】
ステップＳ１２１において、呼吸率調整部１７は、ステップＳ１２０により算出された呼吸率から、利用者に適した呼吸率を調節する。具体的には、利用者の実際の呼吸率が１０ｒｐｍを超えている場合、呼吸率調整部１７は、利用者の実際の呼吸率の設定を所定値（例えば、２）分減少した呼吸速度に等しくなるようにガイド用呼吸リズムを調整し、利用者の呼吸率が５〜１０ｒｐｍの範囲内となるように誘導する。呼吸率調整部１７は、所定時間経過する度に、利用者の実際の呼吸率を測定し、利用者の呼吸率が５〜１０ｒｐｍの範囲内となるように誘導する。一方、利用者の実際の呼吸率が１０ｒｐｍを超えていない場合、呼吸率調整部１７は、ガイド用呼吸リズムを利用者の実際の呼吸率と等しくなるように調整する。本実施形態では、「通常」の他に「ゆっくり」と「早い」とがあり、利用者の呼吸率に合わせて調整されることによって、利用者がより高度なリラックス状態へと誘導ことができる。
【００６７】
ステップＳ１２２において、評価部１６は、評価条件１〜３を満たさないとして、低度のリラックス状態、或いはリラックスしていない状態と評価する。
【００６８】
また、ステップＳ１１８、Ｓ１１９、Ｓ１２２において、評価部１６は、図６に示すスラックス状態スコア４０を算出する。算出されたスラックス状態スコア４０は、表示部１４に表示され、利用者が高度なリラックス状態を達成するためのモチベーションとなる。リラックス状態スコア４０は、次のように算出される。高度のリラックス状態の測定値（PerH）を４倍、中度のリラックス状態の測定値（PerM）を３倍、低度のリラックス状態の測定値（PerL）を０倍した加算値を４で除算することにより求めた計算値を、１００倍することにより、リラックス状態スコア４０が算出される。この計算式は、Effot Index=100×(PerH×4+PerM×3+PerL×0)/4であって、PerH+PerM+PerL＝１となる。本実施形態では、高度のリラックス状態の占める割合が７０％を超えた場合、リラックス状態スコア４０は１００となる。
【００６９】
さらに、ステップＳ１１８、Ｓ１１９、Ｓ１２２において、評価部１６は、図６に示す円グラフ４１を作成する。作成された円グラフ４１は、表示部１４に表示されることにより、利用者は容易に利用者自身のリラックス状態を把握することが可能となる。
【００７０】
〈本実施形態の効果〉
本実施形態の携帯式呼吸誘導装置１０は、呼吸誘導技術と生体フィードバック技術を使って、非侵襲性の光センサーにより、利用者の脈拍信号を分析し、その分析結果から得られる心拍変動情報と呼吸率との間のコヒーレンスを分析することによって、利用者をリラックス状態に誘導することが可能となる。即ち、呼吸と心拍数変動の傾向の定常状態は、体内で交感神経と副交感神経の神経系間の相互作用の状態を反映している。心拍数変動が、定期的、且つ呼吸のリズムと同期すると、神経系は肉体と精神との調和へ導くと考えられる。これは、物理的な身体がより効果的になることを意味する。感情は安定し、精神は非常に生理的なリラックスした状態となり、平和的かつ明敏となる。
【００７１】
本実施形態の携帯式呼吸誘導装置１０は、利用者のリラックス状態を詳細に評価し、その評価結果を表示部１４に表示するため、利用者は簡単に利用者自身のリラックス状態を確認することが可能となる。
【００７２】
本実施形態の携帯式呼吸誘導装置１０は、利用者の呼吸率を算出し、ガイド用呼吸リズを調整することにより、利用者が煩雑な操作をしなくても、高度のリラックス状態へと誘導される。
【００７３】
本実施形態の携帯式呼吸誘導装置１０は、図形の変化といったアニメーションを用いてガイド用呼吸リズムに誘導することにより、利用者の精神集中を助け、感情をコントロールし、自律神経系を穏やかにし、心身の健康水準を高め、全身を高いリラックス状態を達成させる。
【００７４】
本実施形態の携帯式呼吸誘導装置１０は、利用者の指先に装着可能な程度の大きさであるため、携帯性に優れているだけでなく、操作は簡単であるため、家庭内、又は個人的に使用可能である。
【００７５】
本実施形態の携帯式呼吸誘導装置１０は、怒り、失望、そして不安を含むストレスの感情により、心拍数変動が不規則なり、また呼吸が乱れた利用者に対し、ゆっくりとした呼吸を促し、利用者が調和した身体と精神とリラックス状態に入るために、利用者に意識を集中させ、利用者を十分にリラックスした状態へと誘導することができる。利用者は、本実施形態の携帯式呼吸誘導装置１０を使用することによって、リラックス状態に誘導され、瞑想或いは座禅と同様な効果を得ることができ、それによって利用者の心身のリラックスと爽快な気分に達することを補助できる。
【００７６】
〔実施形態の変形例等〕
本明細書開示の発明は、各発明や実施形態の構成の他に、適用可能な範囲で、これらの部分的な構成を本明細書開示の他の構成に変更して特定したもの、或いはこれらの構成に本明細書開示の他の構成を付加して特定したもの、或いはこれらの部分的な構成を部分的な作用効果が得られる限度で削除して特定した上位概念化したものを含み、下記の変形例等も包含する。
【００７７】
本実施形態では、利用者に対し、表示部１４に表示されるアニメーションによる呼吸リズムのガイドを行う構成としたが、携帯式呼吸誘導装置１０にスピーカー部を設け、スピーカー部から発生される音声により、呼吸リズムのガイドを行う構成としてもよい。なお、アニメーション及び音声の両方による呼吸リズムのガイドを行う構成としてもよく、選択部１８によりアニメーション、若しくは音声、又はその両方によるガイドを選択可能とする構成としてもよい。
【符号の説明】
【００７８】
１０…携帯式呼吸誘導装置              １１…脈拍検出部
１２…心拍算出部                      １３…記憶部
１４…表示部                          １５…制御部
１６…評価部                          １７…呼吸率調整部
１８…選択部                          １９…電源
２０…装置本体                        ２１…上側本体
２２…下側本体                        ２３…開口部
２４…一端部                          ３１…誘導矢印
３２…誘導図形                        ３３…心拍数
３４…タイマー                        ３５…バーグラフ
３６…ＨＲＶ曲線の波形                ４０…リラックス状態スコア
４１…円グラフ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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